用于操作蓄压器尤其是用于汽车工程中的共轨喷射系统的蓄压器的方法及装置与流程

通常，在汽车工程的高压喷射系统的情况下，将蓄压器中的燃料压力调节至设定压力。调节系统通常包括在高压系统中的高压传感器，该高压系统检测实际压力并将其传输到调节系统。如果所述类型的高压传感器有缺陷，则调节不再起作用，从而导致系统中的过压或低压。

由于现代高压系统很少泄露，可能的是由于过度优化导致在失效情况下尤其容易引发不正确的压力水平。然后如果在系统中没有设置限压阀，则尤其存在由此带来的风险。然而，限压阀的使用引起投资成本，如果可以在紧急情况下更换失效的高压传感器则该投资成本可能得以避免。

在现代系统的情况下，同样，尤其如果对应压力消散阀未被设置为模拟阀而是作为数字压力消散阀被主动整合到调节系统中，则对调节系统的功能有着尤其高的要求。

直到现在，为拦截高压阀的失效，仅已知通过先导控制系统的紧急操作，在该情况下，借助系统泄露通过模拟压力调节阀来消散可能发生的过压。在该情况下，还能够尝试在没有限压阀的情况下仍然避免系统过压。

在蓄压器（尤其是在汽车行业中的燃料喷射系统中的蓄压器）的情况下，调节系统是常见的，其中，高压泵将燃料递送到蓄压器中并且通过控制变量来致动。通常，通过到高压泵的馈送管线中的计量阀来控制所递送的燃料量。

所述类型的喷射系统例如从DE 101 11 293 A1和DE 10 2007 059 116 A1 已知。通常，这样的调节系统还结合有压力消散阀，该压力消散阀允许蓄压器中过压的消散，这在燃料的供应分支中是不可能的。这样的系统例如从DE 101 08 202 A1已知。

通常，在蓄压器系统的背景下，与现有技术的背景相对，本发明基于提供用于操作蓄压器的方法及装置的目标，所述方法和装置在构造和过程方面将高操作可靠性与最少可能花费结合，并且使得蓄压器中的压力可以尽可能可靠地保持在目标范围中。

通过根据本发明的方法，利用如专利权利要求1所述的本发明的特征实现本目标。从属权利要求详细说明本发明的有利改良。专利权利要求11涉及根据本发明的用于实现本目标的装置。

因此，专利权利要求1涉及一种用于操作蓄压器的方法，在该方法中，泵在泵室中的压缩阶段期间周期性地增加位于其中的流体的压力，并且流体在高压下被允许通过压差控制的排出阀从所述泵室进入所述蓄压器中，并且在该方法中，在压缩阶段之后的降压阶段期间，流体被允许通过可控进入阀从流体贮存器进入所述泵室中。在该背景下，本发明所基于的目标被实现在于所述蓄压器中的流体压力通过所述泵室中的压力确定被确定。

通常，在所述类型的蓄压器的情况下必须遵从的设定变量是蓄压器中的流体的设定压力。在此，流体可以是液体和气体两者。蓄压器可例如是用于供应水的蓄压器，或可还尤其有利地是在汽车工程中的燃料喷射系统的背景下的共轨系统的蓄压器。

通常，对于蓄压器中压力的调节，设置高压传感器，其直接检测蓄压器自身中的压力，并且允许对设定变量进行调节。根据本发明，然而，蓄压器中的压力通过泵室中的压力确定间接地被确定。

泵室中的压力通常经受相对大的、周期性的、精确限定的压力波动，因为其通常的情况是，待被递送的流体首先在低压力水平下被引入到泵室中，并且在此经受压缩或其他措施以达到增大压力的目的。仅当泵室中的压力已达到在蓄压器中的设定压力时，才允许流体从泵室进入蓄压器中。此后，泵室和蓄压器之间的连接关闭，并且泵运行另外的循环，其中，流体以相对低的压力水平被允许进入泵室中。

通常，在流体从泵室到蓄压器中的排出期间，流体被递送直到泵室中的压力下降到蓄压器中的压力之下。如果将泵室连接到蓄压器的阀（排出阀）随即被关闭，则可能的是根据在泵室中剩余的流体压力来推断同一时间在蓄压器中普遍存在的压力。

随后，如果在泵室中实施热力学上可重现的措施，例如通过泵活塞的逆转降压，则还可能的是根据泵室中的降低的压力，在已知对应测量的情况下，例如由泵活塞覆盖的距离并且因此泵室中的体积膨胀，稍后也计算最大压力。因此，可能的是通过泵室中的压力测量来推断流体室中的压力而不需要必须在蓄压器中直接设置起作用的压力传感器。例如如果在蓄压器中根本没有设置压力传感器，或如果在蓄压器中的压力传感器已失效或待被测试，则可使用本发明。

在该方面，本发明的有利改良可规定：在排出阀的关闭和随后允许流体进入到泵室中之间的某一时间测量泵室中的压力。因此，根据在流体排出到蓄压器中之后泵室中的改变的压力水平，例如由于在活塞泵的情况下的周期性降压阶段，泵室中的压力被确定，并且在关闭排出阀的时间时的压力被计算。

本发明的又一有利改良规定：在打开进入阀的时间时确定泵室中的压力，尤其通过在所述时间时泵活塞的位置的确定来确定。

在进入阀的打开期间，通常的情况是，泵室中的压力和泵室外侧的流体贮存器中的压力之间的压差必须通过阀来克服。所述类型的进入阀可例如呈压差阀的形式，其例如在阀的两侧上的压力水平一对应或相差限定值时就打开。这样的阀可还呈现某一预加载，例如通过在打开或关闭方向上被预加载的弹簧，使得两个室之间的某一压差必须存在以便打开进入阀。此外，还可能的是必须由阀柱塞施加以便打开阀的力被测量并且被考虑。在这些情况中的每一个中，然而，如果流体贮存器中的压力已知，则可能的是在打开进入阀的时间由此推断泵室中的压力。如果此外已知在泵的操作循环中打开进入阀的时间，则可能的是由此推断在打开进入阀的时间泵活塞的位置，并且因此推断从排出阀的最大压缩/关闭的时间开始的压缩比或压力改变。以该方式，可能的是推断在降压过程开始时在泵室中所获得的最大压力，所述压力通常对应于蓄压器中的压力，因为在泵室中的最大压力的范围中，所述泵室借助于打开的对应排出阀连接到蓄压器。

如果进入阀被电子地致动，可能的是，根据被施加以便打开阀的力，或如果阀在断电时保持打开，根据在泵循环中打开的时间，推断压差，并且因此在已知流体贮存器中的压力的情况下推断泵室中的当前压力。在该情况下，如果已知进入阀的打开的时间，则还可能的是计算在降压开始之前泵室中的压力。

本发明的有利改良因此规定：根据进入阀的打开的时间，尤其是根据进入阀的打开时间和泵的最大压缩的时间或排出阀的关闭的时间之间的时间差，确定在先前压缩阶段中在排出阀的关闭时间时泵室中的压力。

本发明的又一有利改良可规定：尤其考虑到泵速度，确定在进入阀的打开时间时界定泵室的可驱动泵活塞的位置。根据所述泵速度，可能的是，例如通过算术确定或另外通过评估装置中的参考列表中的确定来检测在特定时间（例如，在打开进入阀的时间）泵的泵活塞处于何位置，在该特定时间，泵室中的压力测量是可能的。泵速度的检测以及压力确定的时间的检测因此允许在泵活塞的任何其他活塞位置中，并且因此还在从压缩阶段到降压阶段中的过渡区域中，当泵室中的压力当前下降到蓄压器中的压力之下时，可靠确定泵室中的压力。

在该方面，根据本发明的方法的有利方面是：根据在进入阀的打开时间时所述泵活塞的位置来确定压缩比。

此外，本发明可有利地被改良，使得能够通过流过磁性线圈的电流和通过能够由磁性线圈的场驱动的电枢来电磁地控制进入阀。电枢可例如连接到进入阀的柱塞，在所述柱塞的端部上设置阀关闭元件，该阀关闭元件能够关闭抵靠阀开口。例如，在能够由磁性线圈的磁场产生并且作用在电枢上的某一力的情况下，然后可以使阀打开。根据必须施加到磁性线圈以便引起电枢的运动的电流，可以确定在进入阀中为了打开目的所必须克服的力。这可例如通过作用在阀的两侧上的压差，或通过压缩力产生，所述压缩力通过压缩弹簧施加在阀上并将阀保持在关闭位置中例如直到其由压差和/或电枢的力克服。然而，阀可还在断电时例如通过作用在打开方向上的额外弹簧被保持打开。

此外，本发明可有利地被改良，使得关于电流强度来监视流过磁性线圈的电流。

还可规定的是：检测流经磁性线圈的电流的通过电枢的和进入阀的打开运动在磁性线圈中所引起的电流信号并确定进入阀的打开时间。以该方式，可以精确地确定电枢在磁性线圈的场中开始运动的时间，并且因此确定进入阀的打开开始的时间。同时，通过在所述时间流经磁性线圈的电流强度，还可以确定作用在电枢上的总力，并且因此在知道阀的结构，例如还知道所设置的预加载弹簧的结构的情况下，还可以确定在泵室中普遍存在的压力，或在阀的一侧上的泵室中的压力与在阀的另一侧上的流体贮存器中的压力之间的压差。如上所描述的，所述压力测试的时间通过由于电枢的运动的开始并且因此由于由磁性线圈和电枢构成的系统的磁性特性的突然改变所引起的电流信号来确定。感应作用得以实现，其能够例如以电流分布曲线中的电流最大值或弯曲被识别。这样的信号能够电子地辩别，并且因此能够精确地确定进入阀的打开时间。如果磁性线圈没有产生打开力并且阀在断电时通过弹簧保持打开，则电枢运动的感应作用可还被用作打开运动的指示。可以通过磁性线圈馈送最小电流，该磁性线圈实际上不产生作用在电枢上的力，但其允许电流曲线上的感应的容易识别。

本发明不仅涉及用于操作蓄压器的方法，而且还涉及一种用于在蓄压器中产生流体压力的装置，其具有泵，所述泵具有由可驱动泵活塞界定的泵室，其中，泵室能在一侧通过压差控制的排出阀连接到蓄压器并且在另一侧通过可控进入阀连接到流体贮存器，并且具有致动装置，所述致动装置通过能通电磁性线圈并通过能够由磁性线圈的场驱动的电枢来控制进入阀，以及具有测量装置，所述测量装置关于电流强度检测流经磁性线圈的电流并且监视通过电枢在磁性线圈的场中的运动所引起的电流信号。

所述类型的装置，通过关于电流强度检测流过磁性线圈的电流并且监视通过磁性电枢的运动所引起的电流信号的测量装置，允许进入阀的打开时间的精确检测，并且因此如上述的，允许确定在排出阀对蓄压器关闭时泵室中的压力。因此，即使在蓄压器中没有起作用的压力传感器的情况下，也可以以可接受的精度来确定并监视其中的压力。

下面，基于示例性实施例，本发明将在图的图形中示出并在下面进行讨论。在附图中：

图1示意性地示出用于在蓄压器中产生流体压力的根据本发明的装置的概览，

图2示出流过磁性线圈的电流的两个典型电流强度分布，进入阀通过磁性线圈被控制，

图3示出随着时间绘制的泵循环的分布图，以及在磁性线圈中的电流分布的图解，该磁性线圈通过电枢致动进入阀，以及

图4示出用于确定蓄压器中的压力的方法流程图。

图1示意性地示出蓄压器1，其可例如由在车辆的燃料喷射系统中的共轨蓄压器形成。在蓄压器1的下部部分上示出出口2、3，喷射阀一般布置在其中。为了清晰起见，这些在本图中省略。

设置根据本发明的装置，用于提供蓄压器中的流体（在该情况下也就是说燃料形式的液体）或将所述液体在高压（通常几百巴）下递送到蓄压器中。为此，设置泵室4，其在流体入口区域中由第一壁6界定，在流体出口区域中由第二壁7界定，以及额外地由泵活塞5界定。

第一壁6具有开口6a，流体能够从流体贮存器8通过该开口6a流到泵室4中。开口6a能够通过第一关闭部本体9（例如，以锥体的形式）关闭，以便形成进入阀使得没有流体能够流经开口6a。为此，通过第一压缩弹簧11，第一关闭部本体9被推动远离形成阀座的开口6a的边缘，也就是说弹簧11作用在阀的开口方向上。与图1中的简化图示相对，弹簧11可例如在磁性线圈15的区域中作用在泵室外侧的柱塞13上。

由于流体贮存器8中的压力通常较低（尤其比泵室4中的压力低，例如处于大气压力），因此在压缩阶段需要致动或激活关闭第一壁6的阀6a、9、11以便被关闭。为此目的，设置阀柱塞13，其能够牵拉关闭部本体9抵靠开口6a并且抵靠阀座。阀柱塞13连接到磁性电枢14，其在磁性线圈15的场中运动并且其能够借助于通电的磁性线圈15来驱动。磁性线圈15因此能够具有施加到其的电流，使得阀6a、9、11被关闭。为此目的，力必须通过磁性线圈15和电枢14施加，该力大到足以克服弹簧力以及可能地泵室4和流体贮存器8之间的压差。柱塞13可从关闭部本体9分离，或可尤其整体地连接到所述关闭部本体。仅象征性地示出关闭部本体9上的弹簧，并且该弹簧可连接到泵室外侧的柱塞，例如磁性线圈内的柱塞。

通过磁性线圈的电流通过电源16提供并且通过电流测量单元17被监视。根据流经磁性线圈15的电流，可以确定作用在柱塞13上并因此作用在关闭部本体9上的磁性力。在泵室4中（或更精确地在泵室4的边界表面上）的泵活塞5通过驱动连接杆18和泵马达20的驱动臂19以循环形式被驱动。图1中的实线指示在泵室4中大约处于最大压缩点处（也就是说在图1中的向上最远定位的位置处）的泵活塞。从此处，泵活塞5在泵室4的大小增大的情况下（也就是说，在降压过程期间）被牵拉到由虚线示出的较低位置中，并且从此处再次向上循环地运动以便运行另外的压缩。

燃料在活塞的整个向下运动（始于进入阀的打开）期间流入到泵室中。在断电时阀6a、9、11打开，并且流体能够从流体贮存器8流到泵室4中。同时，将泵室4连接到蓄压器1并且大体由开口7a、第二关闭部本体10以及第二压缩弹簧12形成的阀被关闭。蓄压器1中的恒定高压推动关闭部本体10抵靠第二壁7中的开口7a并且因此防止流体从蓄压器1流出到泵室中并且反之亦然。

在泵活塞5在泵室4中朝上运动的过程期间，通过对线圈15通电使阀6a、9、13、14关闭，并且在所有侧上关闭泵室4一段时间。压力能够增大直到活塞5的上限位置，其中，在某一时间，在泵室4中获得如此高压，使得关闭部本体10相对于第二压缩弹簧12的力被推动远离第二壁7中的开口7a，并且蓄压器1连接到泵室4。为此，流体能够从泵室4流到蓄压器1中，并且因此在共轨蓄压器的情况下能够补充燃料。当泵室4和蓄压器1之间的压力均衡时，并且当泵活塞5向下运动从而开始降压过程时，关闭部本体10再次被推动抵靠开口7a，并且已被引入到蓄压器1中的流体仍保持在其中。

通常，通过磁性线圈15的电流被控制，使得由于阀6a、9、11、13的关闭时间，所以已经在吸入阶段期间从流体积蓄器8通过阀运动到泵室4中的流体v、13在泵室中呈现精确限定的容积。在压缩之后，在压缩介质从泵室4到蓄压器1中的均衡运动期间，获得两个室之间的压力均衡。在随后的降压阶段（蓄压器1已由阀7a、10、12关闭）中，先前已被压缩的介质必须在流体积蓄器8中被降压到较低压力，以便允许新介质的随后吸入。然后才能将阀6a、9、13b打开。为使在所述打开过程期间可以检测并评估阀运动，通常的情况是低电流流过磁性线圈15，该低电流不足以引起阀的致动。能够通过测量来检测所述电流、和磁性电枢在该电流下的运动的反应，并且因此可以推断阀打开的时间。取决于必须被降压的压力（其由于压缩阶段所达到），较早或较晚的阀打开在电流分布中是明显的。阀打开的时间可关于泵活塞或泵马达的循环运动被设置。如果蓄压器1中的压力下降，则倾向于需要补充更多流体，并且在随后的降压阶段期间，阀6a、9、11与在压力室中存在相对高的压力的情况下相比在较早时间时打开。阀打开的时间因此可以使得能够间接地确定压力室1中的压力。

通常，蓄压器中的压力建立和流体补充受到调节，其中，蓄压器1中的被监视的压力充当设定变量。所述压力通常通过在蓄压器中的高压传感器21来监视。如果所述类型的高压传感器21失效，或如果意图是暂时不使用所述高压传感器，或如果暂时不能使用所述高压传感器，则可以通过根据本发明的方法借助于对泵室4中的压力的间接测量来确定蓄压器1中的压力。

在图2中，示意性地示出随着时间变化的通过电流测量单元17测量的通过磁性线圈15的电流I。在上曲线22中，在致动磁性线圈15时，在时间范围23中示出电流强度的增加。在经过最大值后，电流由于感应作用而渐近地下降，其中，线圈中的磁场作用保持恒定。在时间t₂时，泵室4中的压力已下降到使得作用在柱塞13上的弹簧力能够相对于压差实现关闭部本体9的运动的程度。因此，在时间t₂时，柱塞13运动，并且因此情况也是如此：磁性电枢14在磁性线圈15的场中运动。这引起对电流的感应作用，该感应作用在电流曲线中以弯曲24显示，并且其能够因此还通过监视监视装置36中的电流强度被验证，该监视装置也连接到泵马达。通过对所述类型的弯曲点的检测，因此可以识别时间t₂，此时在打开方向上作用在关闭部本体9上的力超过由压差施加的阀的关闭力。

在图2的下部区域中，示出另一电流曲线25，其示出低的电流最大值形式的对应的稍微不同的电流信号，基于其能够证实在该情况下在时间t₁时磁性电枢14与柱塞13一起已开始其打开运动。

泵活塞5的运动振幅由在图3的下部区域中的曲线26示意性地示出。正弦曲线的上弧线示出泵活塞5在图1中的泵室4的大小减小的过程期间向上运动并实现压缩的状态。因此，在图表中，曲线26始于最大压缩阶段。在时间t₃时，活塞5在降压的过程期间向下运动，并且压力开始下降直到时间t₄。在时间t₄时，活塞已到达如下位置：其中，在所示示例中，泵室4中的压力已下降到使得阀6a、9、11向流体贮存器8打开的程度。进入阀的进入时间段由在图3的图表中的27指示，并且延伸直到t_5'。在时间段27中，因此情况是，流体能够从流体贮存器8流到泵室4中。

在泵活塞5已经穿过其底部死点并已再次开始向上运动之后，在时间t₅时，阀6a、9、13关闭并且泵室在所有侧上关闭，并且因此开始压缩阶段。曲线26上升，并且泵室4中的压力增大。当在时间t₆达到最大压力时，泵室4和蓄压器1之间的阀7a、10、12打开，并且在打开时间28内流体在高压下能够从泵室流到蓄压器1中。

图3的图表的上部区域示出周期性电流分布，其表示通过磁性线圈15的电流强度。在时间t₃之后泵活塞5的降压运动的区域中，为了更好地检测阀运动的目的，稍微增大通过磁性线圈的电流。在时间t₄时，在流体贮存器8中普遍存在的压力近似对应于泵室4中的已被降压的压力，并且阀6a、9、13（进入阀）随后在磁性力辅助下打开。这从电流上升29来看是明显的，电流上升29在磁性电枢的运动期间由于感应产生，该电流上升能够用作用于确认阀打开的信号。在进入阀的打开时间27已经经历之后，能够切断通过磁性线圈15的电流。在时间t₅时，磁性阀具有施加到其的所谓的关闭脉冲50，其关闭阀6a、9、13（进入阀）并且因此开始进行压缩阶段。在图表中，在时间t₈时，利用对应电流信号31，在曲线30的区域中示出第二次打开过程。

根据在关于泵的相应先前的TDC（顶部死点）的泵运动26的循环中所检测到的阀打开时间t₄、t₈，在每种情况下均可以确定泵室中的压力在先前压缩阶段之后再次用尽的时间。能够通过在阀打开时间和压力之间的先前已知的相关性（其例如存储在存储器装置中）来确定在压缩阶段结束时的压力。还已知的是在泵室中在时间t₄、t₈时所达到的泵活塞的位置和泵活塞的最大行进位置（在此处获得最大压缩）之间的压缩比。因此可以推断在最大压缩区域中的压力，其由于在所述时间范围内阀7a、10、12的打开而精确地对应于蓄压器1中的压力。这在每种情况下可通过计算压缩比来实现；然而，还可以实现进入阀的打开开始的时间t₄、t₈与通过校准测量所得到的泵室中的对应最大压力的相关性列表。

图4以流程图示意性地示出根据本发明的方法的序列，其中，第一步骤32指示确定电流信号29、31，包括确定电流信号的时间。在第二步骤33中，关于泵活塞运动的分布来设定所述时间，使得根据电流信号的已知时间，可以计算在其处阀6a、9、13（进入阀）打开的位置。根据通过可测量电流上升（例如29和30）所确定的阀打开的已知时间和泵的TDC（顶部死点）的已知时间，可以推断降压阶段的持续时间，并且因此推断在泵室4中和在与其连通的蓄压器1中先前普遍存在的压力。由此，通过已知的泵参数（尤其是由泵活塞到最大位置所覆盖的距离），或通过一方面，在进入阀打开时和另一方面，在最大压缩的时间时，泵活塞所处的位置中的已知容积比，可以计算一方面在进入阀的打开的时间时的压力比，及另一方面在排出阀7a、10、12的关闭的时间时的压力比，并且因此计算在排出阀关闭时在泵室中的压力和在蓄压器中的压力。这在第四计算步骤35中执行。

由步骤32到35组成的方法可例如在检测到蓄压器中的压力传感器有缺陷时立即执行。此外，为了校准根据本发明的方法的目的，具有步骤32到35的方法可与通过蓄压器中的高压传感器进行的压力测量同时执行。